KR20140139004A - 태양 전지 제조를 위한 가스상 오존(o₃) 처리 - Google Patents

태양 전지 제조를 위한 가스상 오존(o₃) 처리 Download PDF

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Abstract

태양 전지를 제조하는 방법 및 태양 전지를 제조하기 위한 장치가 기술된다. 일 예에서, 태양 전지를 제조하는 방법은 가스상 오존(O3) 공정으로 기판의 수광 표면을 처리하는 단계를 포함한다. 후속적으로, 기판의 수광 표면은 텍스처화된다.

Description

태양 전지 제조를 위한 가스상 오존(O₃) 처리{GASEOUS OZONE (O₃) TREATMENT FOR SOLAR CELL FABRICATION}
본 발명의 실시예는 재생가능 에너지의 분야이며, 특히 태양 전지(solar cell)를 제조하는 방법 및 태양 전지를 제조하기 위한 장치이다.
흔히 태양 전지로 알려져 있는 광기전 전지(photovoltaic cell)는 전기 에너지로의 태양 방사선의 직접 변환을 위한 주지의 장치이다. 일반적으로, 태양 전지는 반도체 웨이퍼 또는 기판 상에, 기판의 표면 부근에 p-n 접합을 형성하도록 반도체 처리 기술을 사용하여 제조된다. 기판의 표면에 충돌하여 기판 내로 유입되는 태양 방사선은 기판의 대부분에 전자 및 정공 쌍을 생성한다. 전자 및 정공 쌍은 기판 내의 p-도핑 영역 및 n-도핑 영역으로 이동하여서, 도핑 영역들 사이에 전압차를 발생시킨다. 도핑 영역은 태양 전지 상의 전도성 영역에 연결되어 전지로부터 전지에 결합된 외부 회로로 전류를 지향시킨다.
효율은, 그것이 전력을 생성하는 태양 전지의 성능에 직접 관련되기 때문에, 태양 전지의 중요한 특성이다. 마찬가지로, 태양 전지를 제조함에 있어서의 효율은 그러한 태양 전지의 비용 효율성에 직접 관련된다. 따라서, 일반적으로, 태양 전지의 효율을 증가시키기 위한 기술, 또는 태양 전지의 제조에 있어서의 효율을 증가시키기 위한 기술이 바람직하다. 본 발명의 실시예는 태양 전지 구조물을 제조하기 위한 신규한 방법 및 장치를 제공함으로써 태양 전지 효율 증가 및 태양 전지 제조 효율 증가를 허용한다.
<도 1>
도 1은 2개의 텍스처화 공정(texturization process), 즉 (a) 종래의 공정 및 (b) 본 발명의 일 실시예에 따른, 초기 오존 가스 처리를 포함하는 공정을 도시하는 도면.
<도 2a>
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 태양 전지를 제조하는 방법에서 가스상 오존(O3) 공정으로 기판의 수광 표면(light-receiving surface)을 처리하는 것을 포함하는 작업의 단면도.
<도 2b>
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 태양 전지를 제조하는 방법에서 사전-텍스처화 습식 세정 공정으로 도 2a의 기판의 수광 표면을 처리하는 것을 포함하는 작업의 단면도.
<도 2c>
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 태양 전지를 제조하는 방법에서 도 2a 또는 도 2b 중 어느 하나의 기판의 수광 표면을 텍스처화하는 것을 포함하는 작업의 단면도.
<도 2d>
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2c의 기판을 사용하여 배면-접점 태양 전지(back-contact solar cell)를 위한 배면 접점을 형성하는 것을 포함하는 작업의 단면도.
<도 2e>
도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다른 배면-접점 태양 전지를 위한 배면 접점을 형성하는 것을 포함하는 작업의 단면도.
<도 3>
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 가스상 오존 사전-처리 작업의 이용 또는 비-이용의 함수로서의 Jsc(단락 전류) 개선(mA/㎠)을 보여주는 플롯.
<도 4>
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 태양 전지를 제조하기 위한 장치의 예의 블록 다이어그램.
<도 5>
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 태양 전지를 제조하는 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터 시스템의 예의 블록 다이어그램.
태양 전지를 제조하는 방법 및 태양 전지를 제조하기 위한 장치가 본 명세서에 기술된다. 하기 설명에서, 본 발명의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해, 구체적인 공정 흐름 작업들과 같은 다수의 구체적인 상세사항이 기술된다. 본 발명의 실시예가 이들 구체적인 상세사항 없이도 실시될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에, 금속 접점 형성 기술과 같은 주지의 제조 기술은 본 발명의 실시예를 불필요하게 이해하기 어렵게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않는다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시예는 예시적인 표현이고, 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아님이 이해되어야 한다.
태양 전지를 제조하는 방법이 본 명세서에 개시된다. 일 실시예에서, 태양 전지를 제조하는 방법은 가스상 오존(O3) 공정으로 기판의 수광 표면을 처리하는 단계를 포함한다. 후속적으로, 기판의 수광 표면은 텍스처화된다. 다른 실시예에서, 태양 전지를 제조하는 방법은 가스상 오존(O3) 공정으로 기판의 수광 표면을 처리하는 단계를 포함한다. 후속적으로, 수광 표면은 대략 60 내지 85℃의 범위의 온도에서, 대략 60 내지 120초의 범위의 지속기간(duration) 동안, 대략 20 내지 45의 범위의 중량%를 갖는 수산화칼륨(KOH) 수용액을 사용하여 처리된다. 후속적으로, 기판의 수광 표면 및 수광 표면 반대편에 있는 기판의 표면의 적어도 일부분이 텍스처화된다. 텍스처화하는 단계는 수성 알칼리 공정(aqueous alkaline process)으로 기판을 처리하는 단계를 포함한다. 후속적으로, 수광 표면 반대편에 있는 기판의 표면 상에 접점을 형성함으로써 배면-접점 태양 전지가 기판으로부터 형성된다.
태양 전지를 제조하기 위한 장치가 또한 본 명세서에 개시된다. 일 실시예에서, 태양 전지를 형성하기 위한 장치는 제1 챔버를 포함하며, 제1 챔버는 가스상 오존(O3) 공급원과 결합되도록, 그리고 제1 챔버 내의 기판을 가로질러 오존 가스의 스트림을 유동시키도록 구성된다. 제2 챔버는 수성 알칼리 텍스처화 공정으로 기판을 처리하도록 구성된다.
많은 규소 태양 전지 설계는 태양 전지의 효율을 증가시키고 반사율을 감소시키기 위해 전면 표면(front surface)의 랜덤 알칼리 텍스처화를 이용한다. 그러한 텍스처화 용액은 전형적으로 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 또는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH)와 같은 알칼리성 에칭제, 및 아이소-프로필 알코올(IPA) 또는 유사한 알코올과 같은 계면활성제를 포함한다. 알칼리성 화학물질을 이용하여 태양 전지를 위한 기판 또는 층의 표면을 텍스처화하는 동안, 기판 또는 층 상에 배치된 유기물은 적어도 일부 영역에서 텍스처화를 차단하는 마이크로-마스크(micro-mask)로서 작용할 수 있다. 그러한 텍스처화의 차단은 표면 텍스처화 균일성 및 품질에 악영향을 미칠 수 있다. 그럼에도 불구하고, 유기물은 광기전(PV) 제조에서 흔히 볼 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예는 텍스처화 공정을 수행하기 전에 유기 잔여물(organic residue)의 웨이퍼, 기판, 또는 층을 세정하는 방법에 관한 것이다. 그러한 세정은 텍스처화 품질을 현저하게 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 명세서에 기술된 방법은 규소 태양 전지에 대한 텍스처화 품질 및 균질성을 개선하는 데 사용될 수 있다. 대조적인 예로서, 유기물을 세정하기 위한 종래의 방법은 습식 에칭 또는 세정 응용으로서 황산 및 과산화수소(예컨대, 피라나 세정(piranha clean)), 수산화암모늄 및 과산화수소(예컨대, SC1), 오존 및 고 순도수와 같은 산화 화학물질을 이용하는 화학적 세정조의 사용을 포함하였다. 그러한 산화 화학물질은 텍스처화 장비 비용뿐만 아니라 소모품의 사용을 증가시켜서, 더 높은 화학적 비용 및 폐기 비용을 야기하였다.
고 순도수와 조합된 오존을 사용하는 것은 다른 화학적 세정조에 비해 부가되는 화학적 비용을 감소시킬 수 있다. 그러나, 이러한 접근법은 수용액 내의 오존의 높은 감쇠 속도, 필요한 펌프의 복잡도 및 비용, 오존 접촉장치(ozone contactor), 및 물 중에 용해된 오존에 대해 저항력 있는 고가의 조(bath) 재료 때문에 고통을 겪을 수 있다. 대신에, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 규소 웨이퍼를 오존 가스 내에 직접 침지시키는 것은 웨이퍼의 표면으로부터 유기물을 세정하기 위한 종래의 화학적 방법에 비해 장비 복잡도 및 비용을 감소시킨다. 또한, 오존의 공급원으로서 사용되는 소량의 산소 가스 외에, 고 순도수 또는 다른 그러한 소모품은 필요하지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 오존은 전형적으로 기체 상(gas phase)에서 훨씬 더 천천히 감쇠하기 때문에, 기체 상 처리는 고 순도수와 혼합된 오존을 사용하는 처리에 비해 더 적은 실제 오존 사용량을 필요로 한다. 오존 가스 공정은 또한 기존의 장비에 개장되기에 현저하게 더 간단하고, 더 용이하며, 덜 비쌀 수 있다.
본 발명의 실시예의 소정 태양의 유용성을 예시하기 위해, 도 1은 2개의 텍스처화 공정, 즉 (a) 종래의 공정 및 (b) 본 발명의 일 실시예에 따른, 초기 오존 가스 처리를 포함하는 공정을 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 태양 전지를 제조하기 위한 (규소 웨이퍼와 같은) 기판(100)이 유기 잔여물과 같은 불순물(102)과 함께 텍스처화 공정으로 들어온다. 경로 (a)를 따라, 구조물(100/102)이 (하기에 기술되는 알칼리 공정과 같은) 텍스처화 공정(104)에 직접 노출될 때, 유기 잔여물(102)은 일부 영역(예컨대, 평평한 부분(106))에서 텍스처화를 방해하는 마이크로-마스크로서 작용하여, 웨이퍼 표면 위의 불량한 품질의 텍스처(108)를 야기할 수 있다. 유기 잔여물(102)은 텍스처화 공정(104) 후에 더 작은 것으로 도시되는데, 그 이유는 그것이 공정(104)에서 감소될 수 있기 때문이다. 그러나, 경로 (a)에 도시된 바와 같이, 상당한 충분한 부분이 잔존하여 텍스처화를 방해할 수 있다.
대조적으로, 일 실시예에서, 경로 (b)를 따라, 태양 전지를 제조하기 위한 (규소 웨이퍼와 같은) 기판(100)이 유기 잔여물과 같은 불순물(102)과 함께 텍스처화 공정으로 들어온다. 공정(104) 이전에, 기판(100)은 오존 가스 처리(110)에 노출된다. 오존 가스 처리(110)는 유기 잔여물(102)을 완전히 또는 부분적으로 제거할 수 있거나, 도 1에 도시된 바와 같이 유기 잔여물(102)을 보다 작은 조각(102')들로 분쇄할 수 있다. 일 실시예에서, 유기 잔여물(102)을 완전히 제거함으로써, 유기 잔여물은 텍스처화(104) 동안 더 이상 마이크로-마스크로서 작용할 수 없다. 일 실시예에서, 유기 잔여물(102)을 부분적으로 제거하거나 유기 잔여물(102)을 보다 작은 조각(102')들로 분쇄함으로써, 유기 잔여물은 텍스처화 공정 동안 제거될 수 있고/있거나, 생성되는 텍스처화 패턴에 실질적으로 영향을 미치지 않을 정도로 충분히 작다. 따라서, 초기 가스상 오존 공정을 적용함으로써, 그렇지 않으면 텍스처화 품질에 악영향을 미치는 평평한 지점이 제거되거나 적어도 완화되어 실질적으로 보다 균질한 텍스처화된 표면(108')을 제공한다. 특정 실시예에서, 오존 가스는 유기 화합물을 휘발시키고 공격하는데, 이는 깨끗한 웨이퍼 표면이 텍스처화 조 내로 들어가게 하여, 개선된 텍스처화의 결과를 가져온다. 또한, 일 실시예에서, 텍스처화 용액의 연장된 조 수명이 실현될 수 있는데, 그 이유는 유기 잔여물 오염이 제거되거나 완화되기 때문이다. 일 실시예에서, 임의의 사전-텍스처화 세정의 정도는 가스상 오존 처리를 먼저 사용함으로써 감소되거나 심지어는 폐지될 수 있다.
일 태양에서, 가스상 오존 공정은 태양 전지를 제조하기 위한 처리 계획(processing scheme)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 태양 전지의 제조에서의 다양한 작업을 도시하고 있다.
도 2a를 참조하면, 기판(200)이 배면-접점 태양 전지의 제조 시에 제공된다. 포함될 수 있는 특징부의 일 예로서, 기판(200)은 수광 표면(206) 반대편의 배면 표면(204) 상에 복수의 활성 영역(202)을 포함한다. 복수의 활성 영역(202)은 교번하는 N+ 영역 및 P+ 영역을 포함한다. 일 실시예에서, 기판(200)은 결정질 N-형 규소로 구성되며, N+ 영역은 인 도펀트 불순물 원자를 포함하고 P+ 영역은 붕소 도펀트 불순물 원자를 포함한다. 절연 또는 다른 보호 층(208)이 도 2a에 도시된 바와 같이 텍스처화 공정 동안 배면 표면(204) 상에 포함될 수 있다.
도 2a를 다시 참조하면, 일 실시예에서, 태양 전지를 제조하는 방법은 가스상 오존(O3) 공정(210)으로 기판(200)의 수광 표면(206)을 처리하는 단계를 포함한다. 하나의 그러한 실시예에서, 가스상 오존 공정(210)은 기판(200)의 수광 표면(206)을 부분적으로 또는 전체적으로 가로질러 오존 가스의 스트림을 유동시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 기판(200)은 텍스처화 조의 적용 전에 오존 가스에 노출된다. 노출의 지속기간은 효과적인 처리를 제공할 정도로 충분히 길 수 있는 반면, 비용 및 오존 취급에 비해서 처리의 수익을 감소시키는 것을 회피할 정도로 충분히 짧을 수 있다. 오존에의 노출은, 일 실시예에서, 대략 1 내지 5분의 지속기간 동안이다. 오존은 기판(200)의 상부 부분을 산화시킬 수 있으면서 또한 기판 표면, 예컨대 표면(206) 상의 유기 잔여물을 분쇄하거나 제거할 수 있다. 특정 실시예에서, 오존 가스의 스트림을 유동시키는 단계는 기판(200)을 대략 15 내지 40℃의 범위의 온도에 유지시키고 대략 1 내지 3분의 범위의 지속기간 동안 유동시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 가스상 오존 공정(210)으로 기판(200)의 수광 표면(206)을 처리하는 단계는 기판의 수광 표면 상에 배치된 유기 잔여물의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 마스크 에칭 스트립으로부터의, 예컨대 PCB 유형 마스크로부터의, 또는 스크린 인쇄 마스크에 사용되는 잉크로부터의 유입 잔여물인 유기물이 제거될 수 있다. 유기물은 휘발성으로 되어 기판 표면을 떠날 수 있거나, 알칼리 에칭조 내에서 언더컷(undercut)하여 제거하기에 더 용이한 보다 짧은 탄소 사슬 분자들로 분쇄될 수 있다. 그러한 특정 실시예에서, 유기 잔여물의 일부를 제거하는 단계는 하기 식 (1)에 따라 유기 잔여물을 산화시키는 단계를 포함한다:
[식 1]
O3 (g) + 유기 잔여물 (s) → O2 (g) + 산화된 유기종 (g)
도 2b를 참조하면, 일 실시예에서, 텍스처화 공정을 수행하기 전에, 기판(202)의 수광 표면(206)이 사전-텍스처화 습식 세정 공정(218)으로 처리된다. 하나의 그러한 실시예에서, 사전-텍스처화 습식 세정 공정(218)은 수산화칼륨(KOH) 수용액, 수산화나트륨(NaOH) 수용액, 또는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 수용액과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 수산화물 수용액을 이용한 처리를 포함한다. 그러한 특정 실시예에서, 사전-텍스처화 습식 세정 공정(218)은 대략 60 내지 85℃의 범위의 온도에서, 대략 60 내지 120초의 범위의 지속기간 동안, 대략 20 내지 45의 범위의 중량%를 갖는 수산화칼륨(KOH) 수용액을 이용하는 처리를 포함한다. 일 실시예에서, 수산화물 수용액을 이용한 처리 후에, 예컨대 탈이온(DI) 수를 이용한 린스가 이어진다.
따라서, 일 실시예에서, 텍스처화 조를 사용하기 전에 텍스처화 공정(하기에 기술됨)이 알칼리 에칭조 세정 공정과 조합될 수 있다. 이러한 방식으로, 도 2a와 관련하여 기술된 오존 가스 처리가 규소 웨이퍼를 산화시키는 데 사용될 수 있다. 그 후에, 예비 알칼리 에칭조 처리가 텍스처화 조에 들어가기 전에 깨끗하고 균일한 규소 표면을 제공하기 위해 표면 상의 임의의 오염물을 언더컷하는 데 사용될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 본 방법은 또한 기판(200)의 수광 표면(206)을 텍스처화하여, 예컨대 텍스처화된 표면(220)을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 수광 표면(206)은 그로부터 후속적으로 제조되는 태양 전지의 태양 방사선 수집 효율 동안의 바람직하지 않은 반사를 경감시키기 위해 텍스처화된다. 텍스처화된 표면은 단결정 기판의 염기성 pH 에칭으로부터 얻어지는 표면과 같은 랜덤화된 패턴(randomized pattern)을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 기판(200)의 수광 표면(206)을 텍스처화하는 단계는 수성 알칼리 공정(222)으로 수광 표면(206)을 처리하는 단계를 포함한다. 하나의 그러한 실시예에서, 수성 알칼리 공정(22)은 대략 50 내지 85℃의 범위의 온도에서, 대략 10 내지 20분의 범위의 지속기간 동안, 대략 2 중량%의 수산화칼륨(KOH) 수용액을 사용하여 수광 표면(206)의 습식 에칭을 수행하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 도 2b와 관련하여 기술된 작업이 수행되지 않고, 가스상 오존 공정(210)으로 기판(200)의 수광 표면(206)을 처리하는 단계 직후에, 기판(200)의 수광 표면(206)을 텍스처화하는 단계가 수행된다. 일 실시예에서, 텍스처화 후에, 예컨대 탈이온(DI) 수를 이용한 린스가 이어진다.
일 실시예에서, 도 2d를 참조하면, 기판(200)의 수광 표면(206/220)을 텍스처화하는 단계에 후속하여, 배면-접점 태양 전지(290)가 기판(200)으로부터 제조된다. 배면-접점 태양 전지(290)는, 도 2d에 도시된 바와 같이, 기판(200)의 배면 표면(204) 상의 패턴화된 유전체 층(240) 상에 형성된 금속 접점(250)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 반사-방지 코팅 층(254)이 기판(200)의 수광 표면(206/220) 상에 이와 정합되게 형성된다. 일 실시예에서, 복수의 금속 접점(250)은 패턴화된 유전체 층(240) 내에 그리고 복수의 활성 영역(202) 상에 금속-함유 재료를 침착시키고 패턴화함으로써 형성된다. 그러한 특정 실시예에서, 복수의 금속 접점(250)을 형성하는 데 사용되는 금속-함유 재료는 알루미늄, 은, 팔라듐 또는 이들의 합금과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 금속으로 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 배면 접점 태양 전지(290)가 이와 같이 형성된다.
다른 실시예에서, 도 2e를 참조하면, 기판의 수광 표면을 텍스처화하는 단계에 후속하여, 배면-접점 태양 전지(299)가 제조된다. 도 2d의 구조와는 대조적으로, 태양 전지(299)는 기판 위에 형성된 활성 영역을 갖는다. 구체적으로, 태양 전지(299)는, 예컨대 기판(200') 상의 얇은 유전체 층(270) 상에 다결정 규소로 형성된 교번하는 P+ 활성 영역(262) 및 N+ 활성 영역(260)을 포함한다. 배면-접점 태양 전지(299)는, 도 2e에 도시된 바와 같이, 기판(200')의 배면 표면 상의 패턴화된 유전체 층(274) 상에 형성된 금속 접점(278)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 반사-방지 코팅 층(268)이 기판(200')의 수광 표면 상에 이와 정합되게 형성된다. 일 실시예에서, 도 2c와 관련하여 기술된 바와 같은 수광 표면의 텍스처화 동안, 기판(200')의 배면 표면의 부분(276)이 도 2e에 도시된 바와 같이 텍스처화된다. 예를 들어, 활성 영역(260, 262) 사이에 형성된 트렌치(trench)가 수광 표면 반대편의 태양 전지의 측에서 텍스처화될 수 있다.
태양 전지의 수광 표면을 텍스처화하기 전에 가스상 오존 처리를 사용하는 것의 이익을 예증하기 위해 실험을 수행하였다. 예를 들어, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 가스상 오존 사전-처리 작업의 이용 또는 비-이용의 함수로서의 Jsc(단락 전류) 개선(mA/㎠)을 보여주는 플롯(300)이다. 개선된 텍스처화는 전면 표면의 반사율을 감소시킬 수 있고, 보다 많은 광자 포획 및 보다 높은 단락 전류의 결과를 가져올 수 있다. 도 3을 참조하면, 수백개의 디바이스 웨이퍼를 직접적으로 텍스처화하거나(텍스처화 전에 오존 사전-처리를 행하지 않음), 텍스처화 전에 60초 동안 오존 가스에 노출시켰다(텍스처화 전에 오존 사전-처리를 행함). 플롯(300)은 개선된 텍스처화와 관련된 단락 전류의 개선을 보여준다. 구체적으로, 일 실시예에서, Jsc 개선은 유기 잔여물이 부재하는 표면에 대한 개선된 텍스처화 및 패시베이션(passivation)으로 인한 것이다. 특정 실시예에서, 오존 가스 사전-처리에 기초한 개선된 텍스처화를 갖는 공정을 이용하여 대략 0.1 mA/㎠의 단락 개선이 달성된다.
일 실시예에서, 상기에 기술된 바와 같이, 오존 가스는 알칼리 텍스처화 공정을 수행하기 전에 규소 웨이퍼를 산화시키는 데 사용된다. 오존 가스는 규소 웨이퍼 상의 유기 잔여물을 분쇄하여, 그렇지 않으면 불균일하고 불량한 품질의 텍스처화를 야기할 수 있는 마이크로-마스크를 제거하는 데 사용될 수 있다. 오존 가스의 공급원은 최소 추가 비용으로 텍스처화를 개선하기 위해 기존 텍스처화 장비의 웨이퍼 로딩 영역 상에 개장될 수 있다. 오존은 많은 화학적 공정에 대한 환경 친화적인 대안이다. 그것은 높은 환원/산화(레독스(redox)) 전위를 가지며, 사용 시점에서 생성될 수 있고 사용 후에 다시 산소로 용이하게 변환될 수 있다.
예시적인 예로서, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 태양 전지를 제조하기 위한 장치의 블록 다이어그램이다. 도 4를 참조하면, 태양 전지를 형성하기 위한 장치(400)는 제1 챔버(402)를 포함하며, 이 제1 챔버는 가스상 오존(O3) 공급원(404)과 결합되도록, 그리고 제1 챔버(402) 내의 기판을 가로질러 오존 가스의 스트림(406)을 유동시키도록 구성된다. 챔버(402)는 또한 오존 스트림의 미사용 부분이 수집 영역(408)에서 수집되게 하도록 구성될 수 있다. 제2 챔버(410)가 포함되며, 수성 알칼리 텍스처화 공정으로 기판을 처리하도록 구성된다.
일 실시예에서, 장치(400)는, 제1 챔버(402)와 제2 챔버(410) 사이에 배치되고, 제2 챔버(410)의 수성 알칼리 텍스처화 공정을 이용한 처리 전에 사전-텍스처화 수성 알칼리 공정으로 기판을 처리하도록 구성된 제3 챔버(412)를 추가로 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 건조 스테이션(414)이 또한 포함될 수 있다. 또한, 장치(400)는 웨이퍼 캐리어(416)와 도킹하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 도시되어 있지 않지만, 린스 스테이션 또는 탱크가 제3 챔버(412) 및 제2 챔버(410) 중 하나 또는 둘 모두와 관련된다. 린스 스테이션 또는 탱크는 탈이온(DI) 수를 이용한 린스를 수행하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 챔버(402)는 독일 블랙 포레스트 구텐바흐 소재의 리나, 게엠베하(Rena, GmbH)로부터의 습식 벤치 툴(wet bench tool)에 포함되는 것과 같은 로드/언로드 또는 로드/로크 챔버이다. 하나의 그러한 실시예에서, 오존은 챔버 내로 유동되어 대기 조건의 챔버를 퍼징한다. 특정 실시예에서, 챔버(402)는 퍼징, 또는 배기 및 재충전하기 위해 내부에 오존을 유동시키기 전에 배기된다. 일 실시예에서, 텍스처화를 위한 챔버(410)는 단일 웨이퍼 챔버, 단일 면 스프레이 챔버 또는 탱크, 또는 배치 탱크(batch tank)와 같은, 그러나 이로 제한되지는 않는 습식 세정 챔버이다. 일 실시예에서, 오존 발생기(404)는 공급원으로서 산소(O2)를 이용한 코로나 방전으로부터 오존을 발생시키도록 구성된다. 특정 실시예에서, 오존 발생기(404)는 대략 5 slm(standard liter per minute) 미만의 오존의 양을 챔버(402)에 제공하도록 구성된다. 적합한 오존 발생기의 예는 미국 매사추세츠주 앤도버 소재의 엠케이에스 인스트루먼츠, 인크.(MKS Instruments, Inc.)로부터 입수가능한 세모존(SEMOZON)(등록상표) AX8407, 고농도 초-청정 오존 발생기를 포함하지만 이로 제한되지 않는다. AX8407 오존 발생기는 무성 전기 방전을 통해 순수 산소를 오존으로 변환한다. 그것은 극미한 레벨의 도펀트 질소 가스만을 필요로 한다. 그 결과, 오존은 초-청정하며 오염물, 예컨대 NOx 화합물의 존재가 극히 낮다.
본 발명의 일 태양에서, 본 발명의 실시예는 본 발명의 실시예에 따른 공정 또는 방법을 수행하도록 컴퓨터 시스템(또는 다른 전자 디바이스)을 프로그래밍하는 데 사용되는 명령어들이 저장된 기계-판독가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 소프트웨어 제품으로서 제공된다. 기계-판독가능 매체는 기계(예컨대, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 기계-판독가능(예컨대, 컴퓨터-판독가능) 매체는 기계(예컨대, 컴퓨터) 판독가능 저장 매체(예컨대, 읽기 전용 메모리("ROM"), 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 자기 디스크 저장 매체 또는 광 저장 매체, 플래시 메모리 디바이스 등)를 포함한다.
도 5는 기계로 하여금 본 명세서에 논의된 방법론들 중 임의의 하나 이상을 수행하게 하기 위한 한 세트의 명령어들이 내부에서 실행되는 컴퓨터 시스템(500)의 형태의 기계의 도식적 표현을 예시한다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5는 태양 전지를 제조하는 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터 시스템의 일 예의 블록 다이어그램을 예시한다. 대안적인 실시예에서, 기계는 근거리 통신망(LAN), 인트라넷, 엑스트라넷, 또는 인터넷으로 다른 기계와 접속(예컨대, 네트워킹)된다. 일 실시예에서, 기계는 클라이언트-서버 네트워크 환경에서 서버 또는 클라이언트 기계로서, 또는 피어-투-피어(peer-to-peer)(또는 분산형) 네트워크 환경에서 피어 기계로서 동작한다. 일 실시예에서, 기계는 개인용 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 셋톱 박스(STB), 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 이동 전화, 웹 어플라이언스, 서버, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브리지, 또는 그 기계에 의해 취해질 동작을 규정하는 한 세트의 명령어들(순차적 또는 다른 방식)을 실행시킬 수 있는 임의의 기계이다. 또한, 하나의 기계만이 도시되어 있지만, 용어 "기계"는 또한 본 명세서에서 논의된 방법론들 중 임의의 하나 이상을 수행하기 위한 한 세트(또는 다수 세트)의 명령어들을 개별적으로 또는 공동으로 실행하는 기계들(예컨대, 컴퓨터들 또는 프로세서들)의 임의의 집합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 기계-컴퓨터 시스템(500)은 도 4에 도시된 바와 같은 공정 도구(process tool)(400)에 포함되거나 이와 관련된다.
컴퓨터 시스템(500)의 예는 프로세서(502), 주 메모리(504)(예컨대, 읽기-전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 예를 들어 동기식 DRAM(SDRAM) 등), 정적 메모리(506)(예컨대, 플래시 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 등), 및 보조 메모리(518)(예컨대, 데이터 저장 디바이스)를 포함하며, 이들은 버스(530)를 통해 서로 통신한다. 일 실시예에서, 데이터 처리 시스템이 사용된다.
프로세서(502)는 하나 이상의 범용 처리 디바이스, 예를 들어 마이크로프로세서, 중앙 처리 유닛 등을 나타낸다. 보다 구체적으로, 일 실시예에서, 프로세서(502)는 CISC(complex instruction set computing) 마이크로프로세서, RISC(reduced instruction set computing) 마이크로프로세서, VLIW(very long instruction word) 마이크로프로세서, 다른 명령어 세트들을 구현하는 프로세서, 또는 명령어 세트들의 조합을 구현하는 프로세서이다. 일 실시예에서, 프로세서(502)는 하나 이상의 특수 목적 처리 디바이스, 예를 들어 주문형 반도체(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 프로세서(DSP), 네트워크 프로세서 등이다. 프로세서(502)는 본 명세서에서 논의된 동작들을 수행하기 위한 처리 로직(526)을 실행시킨다.
일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(500)은 네트워크 인터페이스 디바이스(508)를 추가로 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(500)은 또한 비디오 디스플레이 유닛(510)(예컨대, 액정 디스플레이(LCD) 또는 음극선관(CRT)), 문자숫자 입력 디바이스(512)(예컨대, 키보드), 커서 제어 디바이스(514)(예컨대, 마우스), 및 신호 생성 디바이스(516)(예컨대, 스피커)를 포함한다.
일 실시예에서, 보조 메모리(518)는 광기전 시스템으로부터의 출력의 가변성을 관리하기 위한 방법과 같은, 본 명세서에 기술된 방법론들 또는 기능들 중 임의의 하나 이상을 구현하는 한 세트 이상의 명령어들(예컨대, 소프트웨어(522))이 저장된 기계-액세스가능 저장 매체(또는 보다 구체적으로는 컴퓨터-판독가능 저장 매체)(531)를 포함한다. 일 실시예에서, 소프트웨어(522)는 컴퓨터 시스템(500)에 의한 그의 실행 동안 주 메모리(504) 내에 또는 프로세서(502) 내에 완전히 또는 적어도 부분적으로 상주하며, 주 메모리(504) 및 프로세서(502)는 또한 기계-판독가능 저장 매체를 구성한다. 일 실시예에서, 소프트웨어(522)는 또한 네트워크 인터페이스 디바이스(508)에 의해서 네트워크(520)를 통해 송신되거나 수신된다.
기계-액세스가능 저장 매체(531)가 일 실시예에서 단일 매체인 것으로 도시되지만, 용어 "기계-판독가능 저장 매체"는 한 세트 이상의 명령어들을 저장하는 단일 매체 또는 다수의 매체(예컨대, 집중형 또는 분산형 데이터베이스, 또는 관련 캐시 및 서버)를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 용어 "기계-판독가능 저장 매체"는 또한, 기계에 의한 실행을 위한 한 세트의 명령어들을 저장하거나 인코딩할 수 있고, 기계로 하여금 본 발명의 실시예들의 방법론들 중 임의의 하나 이상을 수행하게 하는 임의의 매체를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 용어 "기계-판독가능 저장 매체"는 그에 따라서 솔리드-스테이트 메모리, 및 광 및 자기 매체를 포함하지만 이로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이와 같이, 태양 전지를 제조하는 방법 및 태양 전지를 제조하기 위한 장치가 개시되었다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양 전지를 제조하는 방법은 가스상 오존(O3) 공정으로 기판의 수광 표면을 처리하는 단계를 포함한다. 후속적으로, 기판의 수광 표면은 텍스처화된다. 하나의 그러한 실시예에서, 가스상 오존 공정은 태양 전지의 수광 표면을 가로질러 오존 가스의 스트림을 유동시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양 전지를 형성하기 위한 장치는 제1 챔버를 포함하며, 이 제1 챔버는 가스상 오존(O3) 공급원과 결합되도록, 그리고 제1 챔버 내의 기판을 가로질러 오존 가스의 스트림을 유동시키도록 구성된다. 제2 챔버는 수성 알칼리 텍스처화 공정으로 기판을 처리하도록 구성된다. 하나의 그러한 실시예에서, 제3 챔버가 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 배치되고, 제2 챔버의 수성 알칼리 텍스처화 공정을 이용한 처리 전에 제2 수성 알칼리 공정으로 기판을 처리하도록 구성된다.

Claims (20)

  1. 태양 전지(solar cell)를 제조하는 방법으로서,
    가스상 오존(O3) 공정으로 기판의 수광 표면(light-receiving surface)을 처리하는 단계; 및
    후속적으로, 기판의 수광 표면을 텍스처화(texturizing)하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 가스상 오존 공정은 기판의 수광 표면을 가로질러 오존 가스의 스트림을 유동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 오존 가스의 스트림을 유동시키는 단계는 기판을 대략 15 내지 40℃의 범위의 온도에 유지시키고 대략 1 내지 3분의 범위의 지속기간(duration) 동안 유동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 가스상 오존 공정으로 기판의 수광 표면을 처리하는 단계는 기판의 수광 표면 상에 배치된 유기 잔여물(organic residue)의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 유기 잔여물의 일부를 제거하는 단계는 하기 식:
    O3 (g) + 유기 잔여물 (s) → O2 (g) + 산화된 유기종 (g)
    에 따라 유기 잔여물을 산화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 기판의 수광 표면을 텍스처화하는 단계는 수성 알칼리 공정(aqueous alkaline process)으로 수광 표면을 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 수성 알칼리 공정은 대략 50 내지 85℃의 범위의 온도에서, 대략 10 내지 20분의 범위의 지속기간 동안, 대략 2 중량%의 수산화칼륨(KOH) 수용액을 사용하여 수광 표면을 습식 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    가스상 오존 공정으로 기판의 수광 표면을 처리하는 단계에 후속하여 그리고 기판의 수광 표면을 텍스처화하는 단계 이전에, 대략 60 내지 85℃의 범위의 온도에서, 대략 60 내지 120초의 범위의 지속기간 동안, 대략 20 내지 45의 범위의 중량%를 갖는 수산화칼륨(KOH) 수용액을 사용하여 수광 표면을 처리하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제7항에 있어서, 기판의 수광 표면을 텍스처화하는 단계는 가스상 오존 공정으로 기판의 수광 표면을 처리하는 단계 직후에 수행되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    기판의 수광 표면을 텍스처화하는 단계에 후속하여, 기판으로부터 배면-접점(back-contact) 태양 전지를 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 기판의 수광 표면을 텍스처화하는 단계는 수광 표면 반대편에 있는 기판의 표면의 적어도 일부분을 텍스처화하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 제1항의 방법에 따라 제조되는, 태양 전지.
  12. 태양 전지를 제조하는 방법으로서,
    가스상 오존(O3) 공정으로 기판의 수광 표면을 처리하는 단계; 및
    후속적으로, 대략 60 내지 85℃의 범위의 온도에서, 대략 60 내지 120초의 범위의 지속기간 동안, 대략 20 내지 45의 범위의 중량%를 갖는 수산화칼륨(KOH) 수용액을 사용하여 수광 표면을 처리하는 단계; 및
    후속적으로, 기판의 수광 표면 및 수광 표면 반대편에 있는 기판의 표면의 적어도 일부분을 텍스처화하는 단계 - 텍스처화하는 단계는 수성 알칼리 공정으로 기판을 처리하는 단계를 포함함 -; 및
    후속적으로, 수광 표면 반대편에 있는 기판의 표면 상에 접점을 형성함으로써 기판으로부터 배면-접점 태양 전지를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 가스상 오존 공정은 기판의 수광 표면을 가로질러 오존 가스의 스트림을 유동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 오존 가스의 스트림을 유동시키는 단계는 기판을 대략 15 내지 40℃의 범위의 온도에 유지시키고 대략 1 내지 3분의 범위의 지속기간 동안 유동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제12항에 있어서, 가스상 오존 공정으로 기판의 수광 표면을 처리하는 단계는 기판의 수광 표면 상에 배치된 유기 잔여물의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 유기 잔여물의 일부를 제거하는 단계는 하기 식:
    O3 (g) + 유기 잔여물 (s) → O2 (g) + 산화된 유기종 (g)
    에 따라 유기 잔여물을 산화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제12항에 있어서, 수성 알칼리 공정은 대략 50 내지 85℃의 범위의 온도에서, 대략 10 내지 20분의 범위의 지속기간 동안, 대략 2 중량%의 수산화칼륨(KOH) 수용액을 사용하여 기판을 습식 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제12항의 방법에 따라 제조되는, 태양 전지.
  19. 태양 전지를 형성하기 위한 장치로서,
    제1 챔버 - 제1 챔버는 가스상 오존(O3) 공급원과 결합되도록 구성되고, 제1 챔버 내의 기판을 가로질러 오존 가스의 스트림을 유동시키도록 구성됨 -; 및
    수성 알칼리 텍스처화 공정으로 기판을 처리하도록 구성된 제2 챔버를 포함하는, 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    제1 챔버와 제2 챔버 사이에 배치되고, 제2 챔버의 수성 알칼리 텍스처화 공정을 이용한 처리 전에 제2 수성 알칼리 공정으로 기판을 처리하도록 구성된 제3 챔버를 추가로 포함하는, 장치.
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